試論基于AUTOCAD的三維建模在車削數控加工中的應用

毛獻忠

齊河縣機械廠

摘要：現代機械設計與制造領域中，數控加工自動編程（Automatic Programming，簡稱AP）和計算機輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD）已得到廣泛運用，在科技發展的帶動下實現了工藝設計自動化與計算機輔助設計以及輔助制造一體化。車削數控加工過程中可以使用VBA的機械加工方法對機械零件進行三維實體造型，這樣可以有效實現車削數控加工過程中的設計與制造自動化，對縮短產品的開發周期、提高生產效率、節約人力以及物力資源有著重要意義。本文對基于AUTOCAD的三維建模在車削數控加工上的應用進行分析。

關鍵詞：AUTOCAD；Master CAD軟件；刀具路徑

1、前言

現階段CAD/CAM軟件已廣泛運用到數控領域，并且部分應用軟件已實現了二維繪圖、三維建模、刀具路徑模擬、數控編程以及仿真模擬加工等多種功能于一身，簡潔的圖形界面和清晰的菜單結構可以幫助操作人員更好使用。由于基于AUTOCAD的三維建模對PC平臺的低性能要求和靈活的性價比，使其在我國數控加工領域中有著十分廣闊的應用前景，在機械產品的設計開發階段，功能強大的繪圖軟件已取代了繁瑣的手工繪圖，高度的機械制造自動化已基本取代傳統的產品加工工序，對提高產品的精讀和縮短產品的開發周期有著重要意義。基于此因，本文對基于AUTOCAD的三維建模軟件在車削數控加工中的實際應用進行研究。

2、車削數控加工編程

PING是一個具有幾何定義和2、4軸等功能的數控自動編程系統，一般都使用在零件的圖形定義、加工等環節的自動編程，例如，機械制造、塑料制品制造過程中，可以對零件的復雜輪廓、型腔數控銑、點位鉆、鉸、鏜、攻絲、車削、線切割以及激光切割等加工工序的編程。基于AUTOCAD的三維建模軟件具有常用零件定義功能、刀位路徑優化功能、后置處理功能等，而且其系統的核心算法在使用過程中先進、可靠，可以對凸輪、齒輪等常用標準件進行自動繪圖，根據操作人員的特定要求對標準件進行相應的校核計算。系統中可靠的算法可以直接處理任意復雜的型腔邊界、刀具軌跡以及輪廓等，可以有效避免車削數控加工中的過切工件，軌跡計算過程中充分考慮了工藝、刀具切入、切削停頓、粗精加工、最短換刀、精度等多方面因素，對提高數控加工中的工作效率、軟件精度、合理切削量有著重要作用。

3、三維建模軟件在車削數控加工中的實際應用

3.1輪廓加工設置

車削數控加工中零件的輪廓加工主要包括車端面和粗、精加工，設置刀具路徑之前要確定工件毛坯的大小，所以可以在Job Setup對話框中根據零件的最終尺寸進行設置，在確定毛坯左下角點、右上角點后要選取所加工的外圓柱表面，并要使用邊界線（Outer Boundary）對走刀的區域進行限制，這樣對提高車削數控加工中的走刀效率有著重要作用。系統可以根據所使用的刀具自動設置加工參數，但是在實際應用中有部分參數不符合生產的實際需求，所以在使用前要對每個項目進行重新設置，最后需要根據在加工過程中是否允許底切來設置其參數。精車加工過程中不僅要設置共有的工藝參數，同時也要根據工藝實際需求設置1組精車加工特有的工藝參數，這樣才能保證零件的整體加工效果可以滿足其設計要求。

3.2切槽加工設置

我們可以從系統的Tool paths中進入到切槽選項（Lathe Groove），根據零件的實際加工要求來選取相應的槽，Master CAM在運行過程中可以沿著任意一個角度車削徑向槽，并可以利用1個點或多個點對待加工的槽進行準確定義，所以可以避免了切槽加工過程中對槽需要構造幾何形狀的環節，在設置后，系統可以自動生成切槽刀具的加工路徑。

3.3螺紋加工設置

本文中所介紹的Master CAM車削軟件在使用過程中，其具備完整的螺紋加工功能，主要包括螺紋查表、多頭螺紋加工以及螺紋直徑自動計算等多項功能，我們可以在Toolpaths中選取到Thread選項，通過這一選項可以根據需求設置每毫米長度上螺紋的數量、螺紋的螺距、螺紋小徑以及螺紋大徑等，系統也可以在操作人員輸入螺紋基本大徑后自動計算出螺紋小徑。

3.4鉆孔加工設置

Master CAM軟件在車削數控加工中，為操作人員提供了20余種鉆孔形式，其主要包括7種標準形式和13種用戶自定義形式，操作人員不僅需要設置共有的刀具參數，同時也要根據零件的實際需求來設置1組鉆孔刀具路徑特有的參數。

3.5截斷加工設置

截斷加工會根據實際需求生成1個垂直的刀具路徑對工件進行切削，系統在運行過程中需要通過選取1個點來定義車削的起步位置，然后需要設置共有刀具參數和1組截斷車削刀具獨有的參數，我們可以在Toolpaths中選取Cutoff選項，在設置好截斷坐標后其會默認使用徑向車削的切槽刀，并且根據實際工作要求自動生成刀具的加工路徑。

4、基于AITOCAD的車削控制

金屬車削是一個十分復雜的過程，包含了很多物理機理現象，例如，切削力、切削熱、刀具磨損以及工件表面質量等，而這些因素在實際生產中都會影響到切削量，而基于AUTOCAD的三維建模軟件可以將這些軟件充分考慮其中，其主要將某種類型的切削看作為一個整體，再將其分割細化并抽象出一系列的切削原型。金屬切削過程中被切削的金屬在實際上存在剪切變形和擠壓變形等過程，而剪切變形的大小會直接影響到切削變形系數，在剪切變形過程中金屬將產生相對滑移，可以通過下述公式對滑移量進行計算

ε=cosγo/sinφ ·cos（φ –γo）

式中剪切角為

Φ=π/4-β/2+γ/2

而整個剪切變形的變形細數為

ζ=cos（φ –γo）/sinφ

從上述公式中我們可以發現摩擦角也會對切削的變形產生直接影響，同時也可以證明凡是可以影響摩擦系數的因素都會影響到切削的變形，從而對車削數控加工中切削量帶來很多影響。本文中所提到的基于AUTOCAD的三維建模程序在設計工程中便充分考慮這一點，其可以根據上述影響切削形成的各項主要因素進行自動調整，對工件材料性能參數、切削速度、切削厚度、進給量以及車刀的幾何形狀特征都可以進行充分考慮，從而通過計算獲取最佳切削量。

5、結語

采用基于AUTOCAD的三維建模軟件可以創建零件模型，根據系統設置自動生成數控代碼并傳輸到數控設備，操作人員在車削數控加工中只需要做好工件的裝夾和輸入刀具參數等工作，車削數控加工機床便可以按照編制好的程序進行零件加工。基于AUTOCAD的三維建模軟件不僅可以提高車削加工的工作效率，更可以輕松完成一些形狀復雜的零件加工，對促進機械設計與制造領域在新時期的發展有著重要意義。

參考文獻：

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[2]代明.Master CAM軟件在車削數控加工中的應用.新技術新工藝.2010（22）

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